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熱電偶是一種感溫元件,是一種儀表。它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò),此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì),這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。

熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端,通過(guò)引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí),冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。

附:熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法:從毫伏到溫度:測(cè)量冷端溫度,換算為對(duì)應(yīng)毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度。 從溫度到毫伏:測(cè)量出實(shí)際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減后得出毫伏值,即得溫度

裝配簡(jiǎn)單,更換方便

壓簧式感溫元件,抗震性能好

測(cè)量范圍大(-200℃~1300℃,特殊情況下-270℃~2800℃)

機(jī)械強(qiáng)度高,耐壓性能好

耐高溫可達(dá)2800度

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下:

1、組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;

2、兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;

3、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

4、保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就 是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:

1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);

2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);

3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)閉合回路,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

常用熱電偶型號(hào) 熱電偶分度號(hào)熱電極材料 使用溫度( ℃)

S 鉑銠合金(銠含量10 %) 純鉑 0-1600

R 鉑銠合金(銠含量13 %) 純鉑 0-1600

B 鉑銠合金(銠含量30%) 鉑銠合金(銠含量6% ) 0-1800

K 鎳鉻鎳硅 0-1300

T 純銅 銅鎳 0-350

J 鐵 銅鎳 0-+500

N 鎳鉻硅 鎳硅 0-+800

E 鎳鉻 銅鎳 0-600

熱電偶的種類: 裝配熱電偶,鎧裝熱電偶,端面熱電偶,壓簧固定熱電偶,高溫?zé)犭娕?鉑銠熱電偶,防腐熱電偶,耐磨熱電偶,高壓熱電偶,特殊熱電偶,手持式熱電偶,微型熱電偶,貴金屬熱電偶 ,快速熱電偶,鎢錸熱電偶,單芯鎧裝熱電偶等等。

從理論上講,任何兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)都可以配制成熱電偶,但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件,對(duì)它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性,以及足夠的測(cè)量精度,并不是所有材料都能組成熱電偶,一般對(duì)熱電偶的電極材料,基本要求是:(1)、在測(cè)溫范圍內(nèi),熱電性質(zhì)穩(wěn)定,不隨時(shí)間而變化,有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性,不易氧化或腐蝕;(2)、 電阻溫度系數(shù)小,導(dǎo)電率高,比熱小;(3)、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大,并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系;(4)、材料復(fù)制性好,機(jī)械強(qiáng)度高,制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。

選擇熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測(cè)定對(duì)象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。

1、測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍的選擇

使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時(shí),一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶,在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

2、使用氣氛的選擇

S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用,J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛,若使用氣密性比較好的保護(hù)管,對(duì)氣氛的要求就不太嚴(yán)格。

3、耐久性及熱響應(yīng)性的選擇

線徑大的熱電偶耐久性好,但響應(yīng)較慢一些,對(duì)于熱容量大的熱電偶,響應(yīng)就慢,測(cè)量梯度大的溫度時(shí),在溫度控制的情況下,控溫就差。要求響應(yīng)時(shí)間快又要求有一定的耐久性,選擇鎧裝偶比較合適。

4、測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)熱電偶的選擇

運(yùn)動(dòng)物體、振動(dòng)物體、高壓容器的測(cè)溫要求機(jī)械強(qiáng)度高,有化學(xué)污染的氣氛要求有保護(hù)管,有電氣干擾的情況下要求絕緣比較高。

選型流程:型號(hào)——分度號(hào)-防爆等級(jí)-精度等級(jí)-安裝固定形式-保護(hù)管材質(zhì)-長(zhǎng)度或插入深度

產(chǎn)品選型及訂貨須知:

1、在選用及訂貨時(shí),請(qǐng)注明:

產(chǎn)品型號(hào)

分度號(hào)

保護(hù)管材料及直徑

保護(hù)管總長(zhǎng)L及置入深度I

固定裝置型式

產(chǎn)品實(shí)際測(cè)量范圍

2、螺紋式固定裝置型式在訂貨時(shí)不標(biāo)注均為固定外螺紋M27×2,(其余螺紋固定型式均需注明)

3、因用戶特殊需要而與上述產(chǎn)品型號(hào)不符者,需要專門(mén)制造的產(chǎn)品,請(qǐng)注明您的特殊技術(shù)要求,來(lái)(或函)與我公司有關(guān)責(zé)任部門(mén)聯(lián)系特殊訂貨。

熱電偶傳感器冷端的溫度補(bǔ)償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi),連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配,極性不能接錯(cuò),補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。